НОВЫЕ МУЛЬТИФЕРРОИКИ-ПЕРОВСКИТЫ НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ФЕРРИТА ВИСМУТА СО СЛОЖНЫМИ АНТИМОНАТАМИ: СИНТЕЗ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Цель исследования - установление закономерностей изменения структуры, магнитных и сегнетоэлектрических свойств в твердых растворах перовскитов- мультиферроиков BiFeO3, PbFe0.5Sb0.5O3 и PbСr0.5Sb0.5O3 при замещении ионов железа на ионы хрома и изменении степени их композиционного упорядочения. Методы исследования- обычный твердофазный синтез, синтез под высоким давлением, рентгенофазовый анализ, спектроскопические исследования (диэлектрическая, мессбауэровская, импеданс-спектроскопия), первопринципные расчеты. Впервые с помощью синтеза под высоким (6 ГПа) давлением получены в структуре перовскита полные ряды твердых растворов (1-x)BiFeO3 - xPbFe0.5Sb0.5O3 (BFO-xPFS), (1-х)BiFeO3 – хPbСr0.5Sb0.5O3 (BFO-xPСS). Для сравнения, обычным методом синтезированы некоторые составы твердых растворов (1-x)BiFeO3 - xPbFe0.5Nb0.5O3 (BFO-xPFN). Исследование мессбауэровских спектров твердых растворов BFO-xPFS и BFO-xPСS со структурой перовскита показало, что в результате катионных замещений при x>0,2 происходит разрушение циклоидальной пространственной спин-модулированной структуры, типичной для BiFeO3. Определены температуры TN магнитного фазового перехода для всех синтезированых составов твердых растворов и построены зависимости TN от концентрации. Установлено, что для твердых растворов BFO-xPFN зависимость TN(х) расположена примерно посередине между теоретическими зависимостями для случаев упорядоченного и разупорядоченного расположения ионов Fe и Nb в решетке. В отличие от этого, для твердых растворов BFO-xPFS экспериментальная зависимость TN(х) очень хорошо совпадает с теоретической, рассчитанной для случая упорядоченного расположения ионов Fe и Sb в решетке. Значения TN составов BFO-xPСS с х> 0.3 (концентрация у=1-х ионов Fe3+ в решетке менее 0.7) также меньше, чем у соответствующих составов BFO-xPFN. Таким образом, установлено, что локальное упорядочение ионов Fe3+ (Cr3+) и Sb5+ в твердых растворах приводит к более быстрому, чем в других твердых растворах на основе BiFeO3, понижению температуры TN магнитного фазового перехода с уменьшением содержания Fe3+ в решетке. Проведены первопринципные расчеты кристаллической структуры основного состояния, магнитных и электрических характеристик большого числа микроскопических конфигураций твердых растворов (1-x)PbFe0.5Sb0.5O3 -xPbCr0.5Sb0.5O3, BFO-xPFS и BFO-xPСS. Предложена модель нового топологического основного состояния для описания сложных систем, в том числе мультиферроиков.